狭义相对论是爱因斯坦提出的一种新的时空观，他是以光速在任何惯性参照系不变为前提下推演出来的。爱因斯坦认为光速不变在当时还是具体突破意义的，但也是有迹可循的。第一个原因在于迈克尔逊-莫雷实验的直接支持，第二个原因在于麦克斯韦的电磁场理论显示光速应该不依赖于具体的参考系。
在伽利略牛顿时空观中，有个惯性系B沿着
方向以速度
相对于另一个惯性参照系A运动。在惯性参照系B中，如果发射一个粒子以速度为
也沿着方向运动，那么，在参照系A中的观察者看来，粒子的运动速度应该为 
。 显然，这与光速不变的原理冲突。 如果要考虑光速在任何参考系不变，先必须定义同时的概念。小爱同学认为如果是一个静止参考系，存在3个观测者，A，B，C，其中C在A和B的中间。那么同时的定义为，当A和B都向C发射光信号，如果C同学发现信号同时到达，那么就可以认为A，B处于同时状态。这个同时的定义同样可以用于运动参照系，如果A，B，C同时以速度相对于静止参考系运动。A、B均向C发出光信号，但是，由于C与B发出的光是相向运动，而C与A发出的光是同向运动。所以，从C观测者来判断同时（当光信号同时到达C时），会发现A，B的时刻在静止参考系中其实是不一样的，具体如下图：
所以我们可以得到，在运动参考系中的同时在静止参考系中与空间关联，如图中的黑线
。
由图可以得出，
(1)
考虑到光速在任何参考系都应该不变，所以对于静止参考系，
那么，对于运动的惯性系，也应该有，
带（1）可得
(2)
如果考虑相对效应，即静止参考系相对于运动参考系而言，静止参考系实际上是以速度-在运动，那么应该有
(3)
如果联立(1),(2),(3)得，
, 如果同时考虑，并进行量纲分析，可得
这个就是著名的Lorentz变换。不难看出，在Lorentz变换下面，有一个守恒量 
我们也可以认为守恒量是某个时空参考系，空间不变点的时间（proper time)。显然满足这个条件的参考系应该相对于（x,t)下的时空参考系看来，以速度
运行。